CN102113131A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池及其制造方法，所述制造方法包括在基板的表面上不均匀地形成锯齿状部分、在所述基板中形成第一型半导体和第二型半导体、形成与所述第一型半导体接触的第一电极和形成与所述第二型半导体接触的第二电极。在制造太阳能电池的湿式蚀刻过程中所用的蚀刻剂基于所述蚀刻剂的总重量包含约0.5重量％～10重量％的HF、约30重量％～60重量％的HNO3和至多为约30重量％的乙酸。

Description

太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池和所述太阳能电池的制造方法。
背景技术
太阳能电池通过光伏效应将入射光的能量转化为电能。为增大太阳能电池的转换效率必须增大产生光伏效应的光的量。也就是说，为增大太阳能电池的转换效率，必须减少入射光的反射光的量并且必须增大入射光的透射光的量。
此外，为增大太阳能电池的转换效率，制造太阳能电池的方法包括晶片表面的纹饰(texture)处理。晶片表面的纹饰处理包括使晶片的表面粗糙化以减少反射光的量并增大光的散射表面，从而增大太阳能电池的转换效率。
然而，晶片表面可能会在该晶片表面的纹饰过程中受到损坏。因为晶片的表面损坏可能被视为太阳能电池的缺陷，所以即使生成了大量的载流子，在晶片的缺陷中也会发生载流子的复合。因此，太阳能电池的电流减少。
发明内容
技术问题
本发明的实施方式提供了能够减少在纹饰过程中产生的晶片缺陷的太阳能电池的制造方法。
技术方案
本发明的其他特征和优点将在随后的说明中进行阐述，而一部分将由该说明而变得清楚，或者可以通过实施本发明而获知。本发明的上述目的和其他优点可以由在说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构而实现并获得。
在一个方面中，提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括表面上不均匀地布置有锯齿状部分的基板，所述锯齿状部分的倾度大于54.76°且小于90°，并且所述基板具有第一型半导体和第二型半导体；与所述第一型半导体接触的第一电极；和与所述第二型半导体接触的第二电极。
在另一个方面中，提供一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：在基板的表面上不均匀地形成锯齿状部分，其中，所述锯齿状部分的倾度大于54.76°且小于90°；在所述基板中形成第一型半导体和第二型半导体；形成与所述第一型半导体接触的第一电极；和形成与所述第二型半导体接触的第二电极。
在另一个方面中，提供一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：使用干式蚀刻对所述太阳能电池的基材的表面进行纹饰；对所述基材的所述表面进行湿式蚀刻以减少因所述纹饰对所述表面造成的损坏；在所述基材的所述纹饰表面上形成至少一个抗反射层；和在所述基材上形成第一电极和第二电极。
应当理解，上文对本发明的概述与下文对本发明的详述都是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求所述发明的进一步解释。
有利效果
根据上述各方面，通过基材表面的纹饰形成工序和随后的晶片表面蚀刻，由此除去基材表面的缺陷。因此，能够增大太阳能电池的转换效率。
附图说明
所包含的附图提供了对本发明的进一步的理解，其结合在本说明书中并构成本说明书的一部分，它们说明了本发明的实施方式，并与说明一起用于解释本发明的原理。图中：
图1～9描述了根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法；
图10是使用等离子体进行纹饰处理之后由电子显微镜拍摄的晶片表面的照片；
图11是描述太阳能电池的反射率与波长的关系的图；和
图12是描述太阳能电池的转换效率的表格。
具体实施方式
下面详细描述本发明的示例性实施方式，其实例在附图中描述。
图1～9描述了根据本发明的实施方式的太阳能电池的制造方法。
对硅锭100进行锯割(或切割)处理以形成薄晶片。在图1所示的实施方式中，使用切割线进行锯割处理。使用切割线进行的锯割处理包括使用研磨剂通过切割线产生的张力来磨耗或切分硅锭100从而在硅锭100中形成细裂纹。由此形成晶片。使用研磨剂料管110向切割线供应研磨剂。绿色金刚砂(GC)可用作研磨剂。本发明的实施方式包括的晶片为多晶、单晶或非晶质。
根据本发明的实施方式对晶片进行锯割处理，或者对已经进行了锯割处理的晶片进行根据本发明实施方式的后续处理。
完成锯割处理之后，通过诸如湿式蚀刻等额外的处理除去在锯割处理过程中可能出现的晶片的表面损坏。经历了锯割处理的硅锭100可以是直径125mm的单晶硅。
如图10所示，对由硅锭100切下的晶片140的表面进行使用等离子体而不用掩模的纹饰处理(也称为干式蚀刻)，以降低(或进一步降低)入射光的反射率。即，外部电源120将等于或大于气体电离的阈值电压的电压供应至布置在室130两侧(或相应侧)的电极E1和E2时，室130内的自由基和/或离子被该电压产生的电场加速，并与晶片140的表面碰撞。因此，在晶片140的表面上形成凸起部分(锯齿状部分或锯齿峰)141a和凹陷部分(凹谷)141b，由此使得晶片140的表面纹饰化。
凸起部分141a(也称为锯齿状部分或锯齿峰)和凹陷部分141b(也称为凹谷)成形并多样地分布在晶片140的整个表面上。例如，锯齿状部分141a可单独地显现楔形和/或具有锐利尖端。锯齿状部分141a的侧面可以是不平的，不过一些部分也可以是光滑的。与楔形物类似，锯齿状部分141a可以较薄，不过，锥形或楔形之外的其他形状的锯齿状部分141a也在本发明的范围之内。如果是其他形状，这些形状可具有圆形或钝形的顶端。因此，具有不对称形状、对称形状或对称形状与不对称形状的组合的锯齿状部分141a均在本发明的范围之内。
例如，多个锯齿状部分141a可或密集或稀疏地分布在晶片140的整个表面上。如果以密集的方式形成，则锯齿状部分141a可使晶片的表面呈现为不平。该密集形成的锯齿状部分141a可以以随机的、不规则的方式形成，但这并不是必须的。规律形成的锯齿状部分141a也在本发明的范围内。密集形成的锯齿状部分141a例如也可以在其底部相继连接。
另外，锯齿状部分141a可稀疏地形成在晶片140的表面上。该稀疏形成的锯齿状部分141a可以以随机的、不规则的方式形成，但这并不是必须的。因此，规律布置在晶片140表面上的稀疏形成的锯齿状部分141a也在本发明的范围内。如果以稀疏的方式形成，则锯齿状部分141a可类似岛状物显现在晶片140的表面上。此外，如果稀疏地形成锯齿状部分141a，晶片140例如在朝向晶片140的表面可包含空洞，或甚至可能是多孔性的。不过，包含空洞、具有多孔性和/或具有锯齿状部分141a的岛状物的晶片140并非具有稀疏形成的锯齿状部分141a的晶片140的表面的专有特征。相反，以密集的方式形成锯齿状部分141a时也会出现这些空洞、具有多孔性和/或具有岛状物。在本发明的实施方式中，晶片140的表面可具有全部或部分以上提到的锯齿状部分的特征的组合。
如图11所示，晶片140的凸起部分141a或凹陷部分141b的侧边与该晶片的底部140B之间的角度θ可大于约54.76°。另外，角度θ线可基于沿着晶片140的与具有凸起部分141a或凹陷部分141b的一侧相对的另一侧水平延伸的线。54.76°是使用各向异性湿式蚀刻进行纹饰处理以代替图10中所示的使用等离子体进行纹饰处理之后的晶片140的凸起部分141a或凹陷部分141b的侧边与该晶片的底部140B之间的角度。另外，54.76°也可以基于在晶片140的凸起部分141a或凹陷部分141b的峰与该晶片的底部140B(或水平线)之间延伸的基线。在本发明的实施方式中，锯齿状部分141a具有大于54.76°且小于90°的倾度。此外，该倾度也可称为斜度或倾角。因为使用等离子体的纹饰处理是通过由电场加速的自由基和/或离子的碰撞进行的，因此使用等离子体的纹饰处理后在晶片140的纹饰化表面上形成的角度大于使用各向异性湿式蚀刻进行纹饰处理后的角度θ。
因为使用等离子体的纹饰处理在没有掩模的条件下进行，因此凸起部分141a的位置、高度或深度以及凹陷部分141b的位置、高度或深度可能是不均匀的。不使用掩模时对晶片表面进行的纹饰可减少制造太阳能电池所需的时间和成本。
如图11所示，通过干式蚀刻对晶片表面的纹饰处理完成之后，晶片140的表面中产生凹槽141，并通过凹槽141增大了散射表面。因此，由于光未入射在平坦表面上而减少了光的反射。相反，一部分可能由一个凸起部分141a的一侧反射的光朝向临近的凸起部分141a的一侧反射，并通过临近的凸起部分141a进入晶片140。
在使用等离子体的纹饰处理过程中发生晶片140的表面损坏。图10是使用等离子体进行纹饰处理之后由电子显微镜拍摄的晶片表面的照片。
如图12所示，晶片140经历采用干式蚀刻的纹饰处理后与具有较小的蚀刻速率的酸蚀刻剂150接触，从而除去在采用干式蚀刻的纹饰处理过程中出现的晶片140的表面损坏。因为使用酸蚀刻剂150仅是除去晶片140的表面损坏，因此酸蚀刻剂150必须具有较小的蚀刻速率以便易于控制酸蚀刻剂150的蚀刻量。不过，如果酸蚀刻剂150的蚀刻速率过低，晶片140的表面中可能会出现色点。因而，使酸蚀刻剂150的蚀刻速率适中，而不要过低。色点是使用具有过低的蚀刻速率的酸蚀刻剂进行蚀刻时生成的非晶硅的薄层。为控制酸蚀刻剂150的蚀刻速率为适中，基于酸蚀刻剂150的总重量，酸蚀刻剂150包含约0.5重量％～约10重量％的HF、约30重量％～约60重量％的HNO3和至多为约30重量％的乙酸，其可包含水。
HF的量小于约0.5重量％时，酸蚀刻剂150的蚀刻速率极小。HF的量大于约10重量％时，因酸蚀刻剂150的蚀刻速率极大，凹槽141以及晶片140的表面损坏均可除去。HNO3的量小于约30重量％时，蚀刻均匀性会劣化。HNO3的量大于约60重量％时，酸蚀刻剂150的蚀刻速率极大。乙酸的量大于约40重量％时，酸蚀刻剂150的蚀刻速率极大。
在本发明的实施方式中，酸蚀刻剂150的蚀刻速率更为直接地依赖于HF的量。因此，一般来说，蚀刻速率通过增加酸蚀刻剂150中的HF的量而增大，通过减少HF的量而减小。另外，尽管乙酸用来控制酸蚀刻剂150的蚀刻速率的增加，但可以用水作为稀释剂来代替乙酸。在本发明的实施方式中，HF和HNO3用作支配性酸来确定或得到酸蚀刻剂150的蚀刻速率。
图11是描述太阳能电池的反射率与波长的关系的图。图11中，粗实线(顶部线)表示对经历了锯割处理而未通过等离子体对晶片表面进行纹饰(干式蚀刻处理)的晶片表面进行湿式蚀刻处理时反射率与光的波长的关系。细实线(底部线)表示对晶片表面仅进行等离子体的纹饰处理(干式蚀刻处理)时反射率与光的波长的关系。虚线(中部线)表示进行通过等离子体的纹饰处理(干式蚀刻处理)和使用酸蚀刻剂150的湿式蚀刻处理时反射率与光的波长的关系。
特别是，基于酸蚀刻剂150的总重量，酸蚀刻剂150可包含约0.5重量％～10重量％的HF、约30重量％～约60重量％的HNO3和至多为约30重量％的乙酸。
在图11的图中，图上部框内的百分值表示经历了湿式蚀刻处理、干式蚀刻处理或两种处理的晶片的加权平均的反射率(AWR)。使用反射率测定装置(例如solid spec3700)来测定反射率。
如图11所示，利用等离子体的纹饰处理中产生的表面损坏通过使用湿式蚀刻处理除去时获得的AWR为约15.58％(即，中部线)，晶片表面未进行利用等离子体的纹饰处理而进行蚀刻处理时获得的AWR为23.56％(即，顶部线)，前者比后者小约8％。即，对晶片表面进行干式蚀刻和湿式蚀刻时获得的AWR的增益为约8％。
利用等离子体进行纹饰处理之后进行使用酸蚀刻剂的湿式蚀刻处理时，因为表面积较大所致可能出现表面钝化的问题。在本发明的实施方式中，如图6所示，形成多个抗反射层160和170以使表面钝化效应最大化。
图12是描述太阳能电池的转换效率的表格。图12中，Jsc表示太阳能电池的短路电流密度，Voc表示太阳能电池的开路电压，FF表示填充因数，EF表示太阳能电池的转换效率。由图12可以看出，在利用等离子体进行纹饰处理后执行采用酸蚀刻剂的湿式蚀刻处理时(如本发明的实施方式)的转换效率大于对经历了锯割处理的晶片表面仅进行湿式蚀刻处理而未对晶片表面进行利用等离子体的纹饰处理时的转换效率，或大于仅执行了利用等离子体的纹饰处理时的转换效率。
换言之，在进行了利用等离子体的纹饰处理(干式蚀刻)之后进行使用酸蚀刻剂的湿式蚀刻处理时，正如在本发明的实施方式中，使用等离子体进行表面纹饰处理时产生的晶片的表面损坏被除去。因此，载流子的复合减少，太阳能电池的转换效率增大。
在本发明的实施方式中，通过Jsc和/或Voc的增加或相同的值可确定使用等离子体的表面纹饰处理的表面损坏的去除。同样，表面损坏的存留可通过Jsc和/或Voc的值的减小确定。
参考图3和4，经历了湿式蚀刻处理和使用等离子体的表面纹饰处理的晶片具有的反射率大于仅仅经历了使用等离子体的表面纹饰处理的晶片的反射率。不过，通过额外进行湿式蚀刻处理，由等离子体造成的作为促进载流子复合的缺陷的损坏在晶片中减少，因而经历了湿式蚀刻处理和使用等离子体的表面纹饰处理的晶片具有与仅仅经历了使用等离子体的表面纹饰处理的晶片类似的或更大的短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因数(FF)和转换效率(EF)。因此，例如反射率的增大由转换效率的增大补偿。
在干式和湿式蚀刻处理后，进行诸如HCl清洁和/或HF清洁等清洁处理。在HCl清洁过程中，使用盐酸(HCl)和过氧化氢(H2O2)来清洁可能因各种蚀刻处理而形成在晶片表面上的金属杂质。在HF清洁过程中，使用氢氟酸(HF)除去氧化层。
如图5所示，进行杂质掺杂处理以在晶片140中形成pn结。更具体而言，晶片140的表面在高温下与掺杂有p型杂质的第III族元素或掺杂有n型杂质的第V族元素的气体或固体接触，由此掺杂p型或n型杂质。PH3、POCL3、BN等可用作杂质源。晶片140的内部可通过离子注入掺杂属于第III族或V族元素的杂质。更具体而言，将晶片140布置在真空室中，第III族或V族元素的杂质可通过加速杂质离子而被注入晶片140的表面。
如图6所示，形成多个抗反射层160和170以减少或防止入射光的反射。在晶片140的纹饰化表面上形成第一抗反射层160，在第一抗反射层160上形成第二抗反射层170。因为由第二抗反射层170反射的光和由第一抗反射层160反射的光产生了相消干涉，光的反射减少，对光的预定波长的选择性增大。为此，第一抗反射层160的折射率大于第二抗反射层170的折射率，或反之亦然。第一和第二抗反射层160和170可使用真空沉积法、化学气相沉积法、旋涂法、丝网印刷法或喷涂法形成。
如图7所示，使用化学气相沉积法等沉积方法在晶片140的另一表面上形成包括多个反射层L1、L2和L3的反射层180。在反射层180中形成多个将在后续处理中形成的待填充第二电极的接触孔CH。作为反射层180，在晶片140上可依次形成SiOx层L1、SiOxNy层L2和SiOx:H层L3。SiOx:H层L3中的H是指SiOx中包含的氢。
如图8所示，使用挤压机(未图示)通过印网掩模挤压第一电极糊料190以在第二抗反射层170上形成多个第一电极的图案。第一电极糊料190可包含Ag等。使用丝网印刷法将第二电极糊料200注入到反射层180的接触孔CH中以形成第二电极的图案。第二电极糊料200可包含铝(Al)等。
随后，对具有第一电极图案的第一电极糊料190、第一抗反射层160、第二抗反射层170、反射层180和具有具有第二电极图案的第二电极糊料200进行焙烧处理。即，通过进行一次焙烧处理对第一电极糊料190、第一抗反射层160、第二抗反射层170、反射层180和第二电极糊料200进行焙烧(加热)。进行焙烧处理时，第一电极糊料190穿过第一和第二抗反射层160和170并与晶片140接触。完成焙烧处理时，如图9所示，第一电极糊料190穿过第一和第二抗反射层160和170并与晶片140的一个表面接触，从而形成多个第一电极。
完成焙烧处理时，第一电极与第一型半导体接触，第二电极与异于第一型半导体的第二型半导体接触。在所述实施方式中，第一电极与n型半导体或发射极接触，第二电极与p型半导体或基板接触。
在本发明的实施方式中，提及的晶片包括基板和太阳能电池。即，对晶片的讨论也适用于具有n型和p型半导体的基板，和使用所述晶片和/或基板制造的太阳能电池。
尽管本发明的实施方式已经通过参考其众多的描述性实施方式进行说明，不过应当理解，本领域的技术人员可以设计落入本公开的原理的要旨和范围之内的许多其他的改进和实施方式。更特别是，各种变化和改进在本公开、附图和所附权利要求的范围之内的主题组合排列的构成部分和/或排列中是可能的。除了构成部分和/或排列中的变化和改进，替换性用途对于本领域的技术人员来说也将是显而易见的。

Claims (19)

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
表面上不均匀地布置有锯齿状部分的基板，所述锯齿状部分的倾度大于54.76°且小于90°，并且所述基板具有第一型半导体和第二型半导体；
与所述第一型半导体接触的第一电极；和
与所述第二型半导体接触的第二电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，所述太阳能电池还包括所述基板的所述表面上的至少一个抗反射层。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其中，所述至少一个抗反射层包括所述基板的所述表面上的第一抗反射层和所述第一抗反射层上的第二抗反射层。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第一抗反射层的折射率大于所述第二抗反射层的折射率。
5.如权利要求3所述的太阳能电池，其中，所述第一抗反射层的折射率小于所述第二抗反射层的折射率。
6.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
在基板的表面上不均匀地形成锯齿状部分，其中，所述锯齿状部分的倾度大于54.76°且小于90°；
在所述基板中形成第一型半导体和第二型半导体；
形成与所述第一型半导体接触的第一电极；和
形成与所述第二型半导体接触的第二电极。
7.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在形成所述锯齿状部分之后对所述基板的所述表面进行湿式蚀刻。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述湿式蚀刻中所用的蚀刻剂基于所述蚀刻剂的总重量包含约0.5重量％～10重量％的HF、约30重量％～60重量％的HNO3和至多为约30重量％的乙酸。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述锯齿状部分的形成包括使用等离子体离子和/或自由基对所述基材的所述表面进行纹饰。
10.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括在所述湿式蚀刻之后，在所述基材的形成有所述锯齿状部分的所述表面上形成至少一个抗反射层。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述至少一个复数抗反射层包括所述基材的所述表面上的第一抗反射层和所述第一抗反射层上的第二抗反射层，并且所述第一抗反射层的折射率大于所述第二抗反射层的折射率。
12.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在形成所述锯齿状部分之前对所述基材进行湿式蚀刻。
13.一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法包括：
使用干式蚀刻对所述太阳能电池的基材的表面进行纹饰；
对所述基材的所述表面进行湿式蚀刻以减少因所述纹饰对所述表面造成的损坏；
在所述基材的所述纹饰表面上形成至少一个抗反射层；和
在所述基材上形成第一电极和第二电极。
14.如权利要求13所述的方法，其中，对所述表面进行的所述纹饰包括在所述基材的所述表面上形成锯齿峰。
15.如权利要求13所述的方法，其中，使用等离子体离子和/或自由基进行所述干式蚀刻。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述湿式蚀刻中所用的蚀刻剂基于所述蚀刻剂的总重量包含约0.5重量％～10重量％的HF、约30重量％～60重量％的HNO3和至多为约30重量％的乙酸。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个抗反射层的形成包括在所述基材的所述表面上形成第一抗反射层和在所述第一抗反射层上形成第二抗反射层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一抗反射层的折射率大于所述第二抗反射层的折射率。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一抗反射层的折射率小于所述第二抗反射层的折射率。
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